一種Ni-P化學鍍液及Ni-P納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于化學鍍覆領域，具體涉及一種Ni-P化學鍍液，本發(fā)明還涉及一種Ni-P 納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法。
【背景技術】
[0002] 化學鍍Ni-P合金因其有優(yōu)良的耐蝕性能、較高的耐磨性能以及某些特殊功能，在 工業(yè)生產(chǎn)中獲得了廣泛應用。在化學鍍液中加入硬粒子，使之與化學鍍合金共沉積，可以獲 得各種具有不同物理化學性質復合鍍層。
[0003] Ni-P納米材料復合鍍層能夠顯著改善材料的組織結構，賦予材料新的性能。例如 納米SiC、Si 3N4、A1203、立方氮化硼復合的高硬度和耐磨鍍層；納米石墨、聚四氟乙烯、M0S 2、 (CF)n復合的自潤滑鍍層；納米Zr02復合的高溫抗氧化、耐磨鍍層；納米Ti0 2復合的催化功 能鍍層以及抗菌鍍層等。在納米粒子復合鍍層的研究中，由于納米粒子具有很高的表面活 性，極易團聚，且納米微粒在化學鍍過程中容易形成自催化活性中心，使鍍液發(fā)生自催化反 應，產(chǎn)生大量的Ni-P黑色粉末，造成鍍液分解。上述原因導致Ni-P納米材料復合鍍過程中， 鍍液的穩(wěn)定性差，制備的復合鍍層往往具有氣孔率高、表面粗糙等弊病。
[0004] 化學鍍液是一個熱力學不穩(wěn)定體系，工業(yè)化的Ni-P鍍液中常有不可避免的膠粒 和固體微粒存在，這些微粒可能是外來雜質或鍍液中發(fā)生還原反應產(chǎn)生的亞磷酸鎳沉淀。 這些微粒由于表面活性大，催化反應容易發(fā)生，導致鎳離子大量消耗，當微粒很多時，引起 鍍液分解。添加穩(wěn)定劑是解決鍍液分散的途徑之一。當鍍液中加入微量的穩(wěn)定劑時，穩(wěn)定 劑優(yōu)先與微粒吸附，抑制了微粒上的Ni-P共沉積反應，從而使鎳磷共沉積反應只在被鍍基 體表面上發(fā)生?，F(xiàn)有技術中，碘化鉀常用作Ni-P化學鍍液的穩(wěn)定劑，但單一碘化鉀的穩(wěn)定 作用有限，在加入細微粉體（如納米粒子）時，往往會導致鍍液失穩(wěn)分解，影響化學鍍生產(chǎn) 的穩(wěn)定進行。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明的目的是提供一種Ni-P化學鍍液，從而解決常規(guī)Ni-P化學鍍液穩(wěn)定性差 的技術問題。
[0006] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種Ni-P納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法，從 而解決常規(guī)化學鍍方法中存在的制備工藝繁瑣，復合鍍層表面粗糙，孔隙率高的問題。
[0007] 為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明所采用的技術方案是：
[0008] -種Ni-P化學鍍液，1L化學鍍液中包括以下重量份的組分：
[0009] :硫酸鎳 22-30 g, 次亞磷酸鈉 15~20g， 檸檬三酸鈉 8~12 g， 乙機鈉 8-12 g. 碘化鉀 0 05~0.3 g， 甲烷磺酸錫 0.:045~0.055: g。
[0010] 本發(fā)明提供的Ni-P化學鍍液，硫酸鎳為鎳鹽，次亞磷酸鈉為還原劑，檸檬三酸鈉 為絡合劑，無水乙酸鈉為緩沖劑，碘化鉀和甲烷磺酸錫復合作為穩(wěn)定劑。鎳鹽提供用于涂布 沉積物的材料，還原劑將鎳離子還原。鎳鹽與還原劑相互作用的結果，得到Ni-P覆層。甲 烷磺酸錫具有較高的抗氧化變質能力，鍍液中的甲基磺酸根離子與KI具有配合作用，能夠 細化晶粒，維護鍍液的穩(wěn)定性，故加入微量有助于鍍液更加穩(wěn)定。本發(fā)明通過碘化鉀（KI) 和甲烷磺酸錫作為復合穩(wěn)定劑，可以極大程度的避免化學鍍過程中活性微粒的產(chǎn)生，從而 抑制鍍液因自催化作用而分解。
[0011] 本發(fā)明的Ni-P化學鍍液可用于Ni-P納米材料的復合鍍工藝中，復合穩(wěn)定劑與鍍 液中活性納米微粒形成穩(wěn)定吸附，可降低微粒的表面活性，抑制以微粒為核心的自催化反 應發(fā)生，保持化學鍍過程鍍液穩(wěn)定。
[0012] 在上述Ni-P化學鍍液的基本組分中，可以根據(jù)需要加入光亮劑和表面活性劑，兩 者在鍍液中的濃度可根據(jù)需要確定，優(yōu)選情況下光亮劑為〇. 0015~0. 0025g/L，表面活性 劑為8~12g/L?？墒褂玫墓饬羷┖捅砻婊钚詣┓N類很多，優(yōu)選情況下，光亮劑為硫酸銅，表 面活性劑為十^烷基硫酸納。
[0013] -種使用上述鍍液的Ni-P納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法，由以下步驟制 備而成：
[0014]1)將鍍液pH值調整為4. 5~5. 5,加熱至80°C~90°C，在該溫度下向鍍液中加入 基體和納米立方氮化硼，攪拌1~1. 5h ;
[0015] 2)取出基體，干燥，熱處理。
[0016] 步驟1)中，所述基體為金屬基體。優(yōu)選的，所述基體為錯合金基體。
[0017] 步驟1)中，納米立方氮化硼的粒度為3~60nm。
[0018] 步驟1)中，納米立方氮化硼的加入量為每升鍍液4~10ml。攪拌的速度為300~ 400r/min。攪拌速度過高或立方氮化硼的濃度過高會導致納米立方氮化硼團聚在基體表 面，攪拌速度過低或納米立方氮化硼的濃度過低則會導致納米立方氮化硼在基體表面鍍覆 太少，從而影響鍍層質量。
[0019] 由于鍍態(tài)時呈非晶態(tài)的鍍層經(jīng)熱處理后發(fā)生晶化，鍍層晶化后析出硬質相Ni 3P， 熱處理溫度升高，晶化相不斷析出，硬度隨之提高。但鍍層經(jīng)高于450°C的熱處理后，晶化過 程由以晶相析出為主轉為以晶相長大為主，故當熱處理溫度達到450°C以上時，鍍層硬度值 反而下降；鍍層的熱處理溫度低于350°C，硬質相的析出不充分，同樣影響硬度值的提高。 步驟2)熱處理溫度優(yōu)選為350°C~450°C。熱處理的時間為lh~2h。熱處理過程可以加 強鍍層與基體的結合力，并使得納米立方氮化硼在鍍層中的分散更加細化均勻。
[0020] 本發(fā)明提供的Ni-P納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法通過先放置基體，后加 入納米立方氮化硼，其濃度逐漸升高，納米立方氮化硼微粒首先在基體表面發(fā)生吸附，然后 被還原析出的合金（或金屬）埋沒在鍍層中，逐步形成復合鍍層?；瘜W鍍工藝穩(wěn)定進行，可 以降低鍍層的孔隙率；鍍件經(jīng)過熱處理后，進一步減少了鍍層缺陷，納米粒子的分散趨于細 化均勻。
[0021] 通過上述方法制備的納米立方氮化硼的復合鍍層表面均勻致密，結合力好，硬度 耐磨性高，且具有優(yōu)異的耐腐蝕性，拓寬了超硬材料的應用領域。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明實施例4未進行熱處理的復合鍍層和基體的結構圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明實施例4經(jīng)過熱處理后的復合鍍層和基體的結構圖。
【具體實施方式】
[0024] 下面結合【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步的說明。
[0025] 實施例1
[0026] 1. Ni-P化學鍍液
[0027] 本實施例的Ni-P化學鍍液，1L化學鍍液中包括以下重量份的組分：
[0028] 疏酸鎳. 22g, 次亞磷酸鈉 15:g:, 衧檬三酸鈉 8:g， 無水乙酸鈉 8:g， 碘化鉀 0.05g, 甲烷磺酸錫 0.055g，
[0029] 水 余量。
[0030] 2. Ni-P納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法
[0031] 本實施例Ni-p納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法，包括以下步驟：
[0032] 1)鋁合金基體經(jīng)過除油、清洗、酸洗除銹、清洗、弱酸活化等預處理工序后備用。 將盛有本實施例鍍液的容器放入水浴鍋中加熱到80°C，用H 2S04和氨水調節(jié)鍍液的pH值為 4. 5；
[0033] 2)將待鍍基體懸掛在鍍液中，加入納米立方氮化硼，每升鍍液加入量為4ml，化學 鍍期間攪拌速度保持300r/min;
[0034]3) lh后取出基體，晾干，對鍍層進行熱處理，熱處理溫度為350°C，熱處理時間為 lh〇
[0035] 實施例2
[0036] 1. Ni-P化學鍍液
[0037] 本實施例的Ni-P化學鍍液，1L化學鍍液中包括以下重量份的組分：
[0038] 硫酸鎳 25g, 次亞磷酸鈉 .l._8.g， 梓檬三酸鈉 10:g.， 無水乙酸鈉 1%， 碘化鉀 O.lg， 甲烷磺酸錫 0.05g， 硫酸銅 0.002g， 水 余量。
[0039] 2. Ni-p納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法
[0040] 本實施例Ni-p納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法，包括以下步驟：
[0041] 1)鋁合金基體經(jīng)過除油、清洗、酸洗除銹、清洗、弱酸活化等預處理工序后備用。 將盛有本實施例鍍液的容器放入水浴鍋中加熱到85°C，用H 2S04和氨水調節(jié)鍍液的pH值為 4. 5 ；
[0042] 2)將待鍍基體懸掛在鍍液中，加入納米立方氮化硼，每升鍍液加入量為4ml，化學 鍍期間攪拌速度保持350r/min ;
[0043]3) lh后取出基體，晾干，對鍍層進行熱處理，熱處理溫度為350°C，熱處理時間為 lh〇
[0044] 實施例3
[0045] 1. Ni-P化學鍍液
[0046] 本實施例的Ni-P化學鍍液，1L化學鍍液中包括以下重量份的組分：
[0047] 硫酸鎳 28g， 次亞磷酸鈉 1%， 檸檬三酸鈉 llg， 無水乙酸鈉 llg， 碘化鉀 0.1%:， 甲焼磺酸錫 0.05g, 十-^烷基硫酸納 _9g 水 余.莖。
[0048] 2. Ni-P納米立方氮化硼復合鍍層的制備方法